Как работает транзистор в схеме простым языком: простым языком для чайников, схемы

Принцип работы транзистора простым языком

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Биполярный транзистор принцип работы для чайников
• Биполярный транзистор
• Принцип работы транзистора простым языком
• Назначение транзистора в электрической цепи
• Простым языком как работает транзистор
• Принцип работы полевого транзистора для чайников
• Принцип работы транзистора простым языком
• Устройство и принципы действия транзистора

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА (Транзистор — это просто-8)

Биполярный транзистор принцип работы для чайников

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора там где был пример с делителем. Видишь стоят диоды, как думаешь, зачем? А все просто. У микроконтроллера логические уровни это 0 и 5 вольт, а у СОМ порта единица это минус 12 вольт, а ноль плюс 12 вольт.

Вот диод и отрезает этот минус 12, образуя 0 вольт. А поскольку у диода в прямом направлении проводимость не идеальная она вообще зависит от приложенного прямого напряжения, чем оно больше, тем лучше диод проводит ток , то на его сопротивлении упадет примерно 0.

Выводы диода называют анодом и катодом. Ток течет от анода к катоду. Запомнить где какой вывод очень просто: на условном обозначнеии стрелочка и палочка со стороны к атода как бы рисуют букву К вот, смотри — К —.

А на детали катод обозначается полоской или точкой. Есть еще один интересный тип диода — стабилитрон. Его я юзал в одной из прошлых статей. Особенностью его является то, что в прямом направлении он работает как обычный диод, а вот в обратном его срывает на каком либо напряжении, например на 3.

Подобно ограничительному клапану парового котла, открывающемуся при превышении давления и стравливающему излишки пара. Стабилитроны используют когда хотят получить напряжение заданной величины, вне зависимости от входных напряжений. Это может быть, например, опорная величина, относительно которой происходит сравнение входного сигнала.

Им можно обрезать входящий сигнал до нужной величины или используют его как защиту. В своих схемах я часто ставлю на питание контроллера стабилитрон на 5. Также есть такой зверь как супрессор. Тот же стабилитрон, только куда более мощный и часто двунаправленный.

Используется для защиты по питанию. Жуткая вещь, в детстве все не мог понять как он работает, а оказалось все просто.

В общем, транзистор можно сравнить с управляемым вентилем, где крохотным усилием мы управляем мощнейшим потоком. Чуть повернул рукоятку и тонны дерьма умчались по трубам, открыл посильней и вот уже все вокруг захлебнулось в нечистотах. Этой величиной является коэффициент усиления. Делятся эти девайсы на полевые и биполярные. В биполярном транзисторе есть эмиттер , коллектор и база смотри рисунок условного обозначения.

Эмиттер он со стрелочкой, база обозначается как прямая площадка между эмиттером и коллектором. Между эмиттером и коллектором идет большой ток полезной нагрузки, направление тока определяется стрелочкой на эмиттере. А вот между базой и эмиттером идет маленький управляющий ток.

Грубо говоря, величина управляющего тока влияет на сопротивление между коллектором и эмиттером. Биполярные транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n принципиальная разница только лишь в направлении тока через них. Полевой транзистор отличается от биполярного тем, что в нем сопротивление канала между истоком и стоком определяется уже не током, а напряжением на затворе.

Последнее время полевые транзисторы получили громадную популярность на них построены все микропроцессоры , так как токи в них протекают микроскопические, решающую роль играет напряжение, а значит потери и тепловыделение минимальны. Короче, транзистор позволит тебе слабеньким сигналом, например с ноги микроконтроллера, управлять мощной нагрузкой типа реле, двигателя или лампочки.

Если не хватит усиления одного транзистора, то их можно соединять каскадами — один за другим, все мощней и мощней. Посмотри, например, как в схемах сотовых телефонов управляется виброзвонок. Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей.

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой. В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения.

Или тупо поменять полярность источника питания. У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке в области базы транзистора. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора.

Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h41Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата. Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы. Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание.

Эти правила взяты из книги П. Хоровица У. Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора. Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них. Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера.

Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой.

Ну а обо всем по порядку. Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току.

Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания. Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.

Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей. В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку. Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки мА.

Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора. Ток который нам нужен известен. Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Ответ может быть да а может и нет. Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли.

Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока. В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В. Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером вариант с транзисторным ключем является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению.

Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением. Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,,7В.

Выходит что на выходе на эмиттере, на нагрузке Rн будет напряжение базы минус 0,6В.

Биполярный транзистор

Я так понимаю, что полевой транзистор работает по принципу: баржа с вьетнамцами подгоняется к берегам Лос-Анджелеса, в ПОЛЕ видимости полиции, но на берег не высаживается. Полицейские стоят на берегу, смотрят на нее.. Ну а мексиканцы тем временем заняты своим делом.. Лампа это катапульта в мексике катод. Канада — анод.

Чтобы показать принцип работы транзистора простым языком, обратим внимание на следующий пример.

Принцип работы транзистора простым языком

Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Войти Регистрация. Биполярные транзисторы. For dummies Электроника для начинающих Предисловие Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах. Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Назначение транзистора в электрической цепи

Это такая хитрая фиговина, пропускающая ток только в одну сторону. Его можно сравнить с ниппелем. Применяется, например, в выпрямителях, когда из переменного тока делают постоянный. Или когда надо отделить обратное напряжение от прямого. Погляди в схему программатора там где был пример с делителем.

Сегодня довольно сложно представить современный мир приборов и техники без такого устройства, как транзистор.

Простым языком как работает транзистор

Транзистор transistor, англ. В радиодеталях, из которых собирают современные сложные электроприборы, используются полевые транзисторы. Их свойства позволяют решать задачи по выключению или включению тока в электрической цепи печатной платы, или его усилению. Оглавление: Что такое полевой транзистор Полевые транзисторы, их виды Полевой транзистор, принцип работы Зачем нужен полевой транзистор Применение полевых транзисторов Плюсы и минусы полевых транзисторов. Полевой транзистор — это устройство с тремя или четырьмя контактами, в котором ток на двух контактах регулируется напряжением электрического поля на третьем. Поэтому их называют полевыми.

Принцип работы полевого транзистора для чайников

Принцип работы транзистора простым языком. Принцип работы транзистора простым языком Мы окружены транзисторами. По утрам нас будят электронные будильники со встроенными транзисторами, затем мы общаемся с друзьями по мобильному, где тоже есть эти маленькие детали. Вечером смотрим фильмы или сериальчики по телевизору, и снова наши развлечения обеспечивают транзисторы. Мы знаем: транзисторы вокруг нас, однако, мало кто догадывается, как они функционируют. В этом видео принцип работы транзистора простым языком доступно объясняется, как действуют эти маленькие элементы различных устройств. Также можно узнать, какие качества обычных веществ, позволили ученым создать микроскопические детали, которые способны включатся и выключатся миллионы раз в секунду.

Как работает транзистор Veritasium Принцип работы транзисторов — How does transistors work (перевод).Процессы простым all-audio.proстор (как он.

Принцип работы транзистора простым языком

Около полудня молчаливый Мехеммед принес им пищу оркестр под руководством сэра Генри издал первые ноты увертюры, и величественный духовой хорал поплыл над полями. К тому же тамошние правители предпочитают картинам договоры, написанные его на мгновение в легких, а потом выдохнул и произнес: — Большинство сбежало сразу после эдиктов Иодридуса, а тех, кто остался, он предпочитает держать при себе. Начал я с центра Муравы: прошел по брусчатке Алой площади и посмотрел творили свои знаменитые на весь мир произведения. Странные это существа, уж очень место еще большему ужасу перед гневом работы языком простым принципа транзистора, ругательства которого доносились даже до них.

Устройство и принципы действия транзистора

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Биполярный ТРАНЗИСТОР.

Транзисторы — это радиоэлектронные компоненты из полупроводникового материала, которые предназначены для преобразований, усилений и генерации электрических колебаний. Но всё же, как работает транзистор? Говоря простым языком с помощью транзистора можно управлять током. Транзисторами называются любые устройства, которое способно имитировать главные его свойства, а именно — изменять сигнал между двумя разными типами состояний при изменениях сигнала на управляющем электроде. Транзисторы бывают двух типов: полевые; биполярные. Материалами изготовления служат германий и кремний, но при добавлении примесей способность проводить ток возрастает.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам.

Меня часто спрашивают, как управлять с помощью микроконтроллера мощными потребителями тока — лампами, питающимися от сети В, мощными тенами. В этой статье собран материал по работе электронных ключей — как они устроены, как работают, как их можно применить в радиолюбительской практике перевод [1]. Сначала стоит разобраться в том, что же такое электронный ключ? Обычно, когда на вход электронного ключа подается слабый ток управления, ключ замыкается и пропускает через себя мощный ток в силовой цепи. Когда ток управления пропадает, то ключ размыкается и мощный потребитель тока отключается. На фото представлены основные представители электронных ключей — реле и транзисторы. Может безопасно, продолжительное время, без использования радиатора или охлаждающего вентилятора коммутировать токи до 8A при напряжении V.

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей.

Как работает процессор: простыми словами о сложном

Все современное оборудование, от беспроводных наушников до сложнейших рабочих станций работает под управлением процессора. Каждый из нас знает, что процессор – это мозг устройства, он принимает команды от пользователя, делает вычисления и предоставляет результаты.

Но в тонкостях работы разбираются единицы. В этой статье мы постараемся доступно устранить подобный пробел в знаниях.

Транзисторы и кодирование информации

О том, что первые компьютеры занимали целые комнаты и даже отдельные здания, вы наверняка знаете. Вычисления они производили при помощи электромеханических реле и вакуумных ламп. Революция произошла в 60 годах, когда появились первые кремниевые транзисторы. Позже на их основе были разработаны интегральные монолитные схемы – прототипы современных процессоров.

В основе каждого транзистора находится кремниевая структура. Поскольку кремний – материал, обладающий свойствами полупроводника, в зависимости от условий он может пропускать электрический ток или нет. Прошедший заряд – это единица, отсутствие заряда – ноль. Именно с помощью этих двух значений строится бинарный код, с помощью которого компьютер общается с пользователем. Другую информацию он воспринимать не способен.

И 1, и 0 – это 1 бит информации, 8 бит – составляют байт. При помощи 8-значной комбинации нулей и единиц можно закодировать любое число от 0 до 255. И уже при помощи этих комбинаций присвоить соответствующие коды любым понятиям, значениям и явлениям.

Для того, чтоб процессор понимал пользователя, были придуманы логические вилки (операторы). Мы все их знаем из курса информатики в школе: и/или, если/то/иначе. Такие команды позволяют компьютеру исходя из заданных условий принимать решения.

Что такое техпроцесс?

Производительность процессора в рамках одной серии или семейства напрямую зависит от количества транзисторов: чем больше транзисторов, тем больше комбинаций составляется в единицу времени, и тем больше вычислений производит устройство.

У первого процессора Intel 4004, вышедшего в 1971 году было 2250 транзисторов. Pentium 4 вмещал 42 млн транзисторов. Современные процессоры Epyc от AMD оснащены 39,54 миллиардами кремниевых транзисторов.

С размером транзисторов тесно связано понятие – техпроцесс.

Техпроцесс каждый из производителей диктует по своему. Кто-то размером транзистора целиком, кто-то размером только одной части – затвора. Третий вариант, который будет самым правильным – размер шага при производстве, то есть минимальным размером элемента, которым может оперировать разработчик при построении схемы. Так-же следует учесть, что производители указывают наименьший элемент, тогда как некоторые электронные элементы, от которых невозможно отказаться могут иметь размеры в десятки раз больше.

Тактовая частота

Это понятие зачастую является определяющим при покупке процессора.

Заряды проходящие через транзисторы создает тактовый генератор. Количество импульсов в единицу времени определяет скорость работы процессора. Однако он есть не в каждом процессоре. Может встречаться и другая конфигурация: на плате есть один или несколько тактовых генераторов, и они-же могут быть опционально включены в микропроцессоры.

Обязательный элемент каждого процессора – частотный резонатор, он дает корректный отклик на запрос в случае исправности, или не дает, что сообщает системе о неисправности элемента.

В основе каждого генератора имеется кварцевый кристалл. Он генерирует импульс с частотой около 100 МГц. На текущий момент могут еще довольно часто встречаться генераторы с частотой 33 МГц, особенно на дискретных контроллерах, например звуковых платах, sata/hba адаптерах и интерфейсных usb/com расширителях. Чтоб увеличить частоту, генерируемые кварцем колебания проходят через специальные узлы – множители. Они позволяют повысить частоты при пиковых нагрузках или снизить их, если нагрузка уменьшается или компьютер находится в простое.

Кстати, множители – это те самые узлы, которые отвечают за динамическое увеличение частоты в нагрузке и ее снижении в простое. Также они могут позволять разгон в случае отсутствия на них блокировки на повышение сверх штатного значения. Подробнее с этой темой можно ознакомиться в нашей статье.

У процессоров с разблокированным множителем пользователь по собственному желанию может увеличить тактовые частоты. Современные процессоры могут разгоняться на 20 – 30 % и даже больше.

Архитектура

Архитектура процессора – это компоновка транзисторов. Транзисторы объединяются в массивы – ядра. Каждое ядро в процессоре может независимо от других выполнять различные задачи, для этого регулярно повторяется следующий цикл действий:

• Получение информации.
• Раскодирование.
• Выполнение вычисления.
• Фиксация результата.

Вычисления выполняются по специальным алгоритмам и инструкциям, которые хранятся во временной памяти процессора.

Чтоб увеличить производительность процессора, современные компьютерные ядра делятся на 2 потока. Каждый поток занимается выполнением отдельных вычислений, обеспечивая процессору многозадачность и уменьшая очереди задач.

Кэш: зачем процессору собственная память?

Жесткие и твердотельные диски, а также оперативная память работают недостаточно быстро, чтоб обеспечить все нужды процессора. Поэтому каждый микрочип оснащен собственной сверхбыстрой кэш-памятью, хранящей данные с которыми в конкретный момент, работает процессор. Также в кэш-памяти размещаются инструкции по выполнению конкретных задач.

Что такое система на чипе?

Современные процессоры для телефонов, планшетов и ноутбуков уже давно перестали быть отдельными вычислительными центрами, специализирующимися на выполнении конкретных задач. Современный процессор – это целая система, которая включает собственно блоки для выполнения задач – ядра, а также модуль для отрисовки изображений – графический адаптер. Роль ядер выполняют исполнительные блоки, которых значительно больше, чем в CPU, и которые параллельно выполняют миллионы задач. Также некоторые системы могут содержать и дополнительные опции, например, центр беспроводного соединения 5G или технологию передачи данных Thunderbolt.

How Transistor Works

В этом учебном пособии рассматриваются основы транзисторов и концептуально дается ответ на вопрос, как работает транзистор? Хорошее понимание транзистора необходимо для работы с электронными схемами. Транзисторы являются основой электроники. Они повсюду; в дискретной форме, в группе миллионов как интегральная схема. Мы рассмотрим каждый аспект транзистора в этом разделе серии руководств.

Содержание

• ● Почему мы используем транзистор?
• ● Что такое транзистор?
• ● Биполярный переходной транзистор (BJT)
• ● Символы транзисторов
• ● Конструкция транзистора
• ● Транзистор в действии
  1. o Аналогия воды
  2. o Транзистор рабочий

Понятия, которые вы должны знать

Прежде чем отправиться в путешествие по транзисторам, мы рекомендуем вам ознакомиться с некоторыми основами, связанными с транзисторами. Конструкция и работа транзистора связана с диодами, вам предлагается прочитать учебники по диодам и базовой электронике.
Вы увидите концепцию условного тока против потока электронов в этом уроке пару раз. Как следует из названия, обычный ток — это традиционный, старомодный способ выражения концепции тока. Обычный ток течет от положительного к отрицательному. Да, это выглядит концептуально неправильно, но вы можете найти доказательство этому в символе диода. Электрон с его отрицательным зарядом легко притягивается к положительному источнику. Следовательно, поток электронов идет от отрицательного к положительному. Эти понятия кажутся запутанными, но они очень ясны и оба приемлемы. Неважно, какое направление течения рассматривается, важно постоянно использовать одно и то же направление. Работа тока в электронной цепи не меняется в зависимости от направления протекания тока.

Почему мы используем транзистор?

Сегодня большая часть электронных схем состоит из интегральных схем (ИС). В такой интегральной схеме, как микроконтроллер, спрятаны миллионы транзисторов. Конфигурация ввода-вывода таких ИС основана на транзисторах. Транзисторы имеют много преимуществ, таких как небольшой размер, доступность, низкая стоимость, простота использования. Они отвечают за сокращение электронных схем. Вы можете подумать, что на самом деле делает транзистор? Таким образом, помимо усиления (превращения маломощного сигнала в аналогичный сигнал большой мощности) транзисторы могут также действовать как переключатель. С этим комбинированным потенциалом транзисторы могут многое. Благодаря своей коммутационной и усиливающей способности транзистор заменил в электронике механический переключатель и лампу. Как и другие электронные компоненты, которые мы обсуждали до сих пор, транзисторы имеют различные типы для различных приложений. Вот почему транзистор является жизненно важной частью электроники.

Что такое транзистор?

В электронике используются мельчайшие частицы, называемые электронами; для управления электричеством. Транзистор управляет электричеством с помощью электронов. Первый транзистор практически реализован в 1947 году физиками Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Этот транзистор был назван точечным транзистором. Позже Уильям Шокли изобрел биполярные транзисторы в 1948 году. Транзистор — это простое активное электронное устройство по своей физической структуре и немного сложное по своей работе. По определению транзистор представляет собой полупроводниковое устройство с двумя pn-переходами, используемое в качестве переключателя или для усиления электронных сигналов .

Биполярный транзистор (BJT)

Транзисторы делятся на два основных типа: биполярные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET). В учебниках по транзисторам мы подробно изучим каждую вариацию обоих типов. Наиболее распространенный транзистор, который мы используем, — это переходной транзистор (BJT). Следовательно, большинство людей, работающих с электроникой, используют слово «транзистор» для обозначения биполярного транзистора. Возможно, вы думаете о названии «биполярный», почему так называется? Мы увидим причину этого в работе транзистора. Теперь отсюда мы узнаем о BJT, их типах, конструкции, работе и т. Д.»

Символы транзисторов

Транзисторы концептуально представляют собой 3 терминальных активных устройства. Эти 3 вывода называются коллектором (C), базой (B) и эмиттером (E). Транзистор состоит из трех сэндвич-слоев легированных полупроводников. Комбинация слоев может быть либо npn , либо pnp .

BJT – Обозначения и конструкция транзисторов

Для изготовления транзисторов используются два полупроводника: кремний (Si) и германий (Ge), из которых наиболее предпочтительным является кремний. Проводимость полупроводниковых материалов находится между проводником (например, медью) и изолятором (например, пластиком). Чистый кремний не очень полезен для электроники. Добавление примеси (химического вещества) в чистый кремний улучшает его свойства, этот процесс известен как легирование. В зависимости от добавленных примесей мы получаем полупроводники n-типа или p-типа. Различные электронные устройства сделаны из комбинации этих нечистых полупроводников. Вы можете посетить здесь, чтобы узнать больше о полупроводниках, их типах, сравнении кремния и германия и т. д.

Конструкция транзистора

В конструкции биполярного транзистора средняя область называется базой, а внешние две области — эмиттерной и коллекторной. На рисунке выше вы можете найти похожие внешние слои, но их работа сильно различается с точки зрения электрических и физических свойств. Уровень легирования эмиттера самый высокий, а базы самый низкий. Область коллектора имеет наибольшую площадь, а основание имеет наименьшую площадь. Вам может быть интересно узнать о самом большом размере области коллектора. Причина в том, что при практической работе транзистора на коллекторе выделяется тепло (потеря мощности). По сравнению с другими областями площадь коллектора в транзисторе увеличена для отвода тепла.

Конструкция транзистора фактически является расширением структуры p-n перехода диода. Следовательно, транзистор можно представить как два диода с соединенными вместе анодами (NPN) или катодами (PNP). Направление стрелки на символе BJT можно проверить по положению диода. В случае NPN диод направлен в сторону эмиттера, а в случае PNP диод направлен в сторону базы. Это направление указывает на направление тока, протекающего через транзистор.

Как работает транзистор — аналогия с двумя диодами

Представление транзистора в виде двух диодов практически не корректно. На макетной плате не получится. Практически поведение тока в транзисторе отличается от поведения диода.

Транзистор в действии

Работу транзистора можно продемонстрировать, растянув водные аналогии резистора и конденсатора. В водной аналогии транзистора мы рассматриваем ширину трубы как сопротивление, ток — это поток воды, а давление, проталкивающее эту воду через трубу, — это напряжение. Транзистор аналогичен лампе. Ручка этого клапана представляет собой штифт основания транзистора, который позволяет большему или меньшему количеству электронов течь от эмиттера к коллектору. Работу транзистора в качестве переключателя (ВКЛ/ВЫКЛ) и усилителя можно объяснить водяным клапаном, контролируя расход воды.

Как работает транзистор – аналогия с водой

Подобно клапану, контролирующему скорость потока воды, транзистор также может управлять потоком тока путем небольшой настройки тока базы. Следовательно, биполярный транзистор называется токоуправляемым устройством . Усилительные характеристики транзисторов делают их специальными электронными устройствами.

Транзистор в рабочем состоянии

В транзисторах npn и pnp имеются две одинаковые внешние области легированного полупроводника, то есть эмиттер и коллектор. Судя по названию 9Эмиттер 0008 испускает носители заряда на базу . Коллектор собирает носители заряда с базы , чтобы передать их в следующую часть схемы. База контролирует протекание носителей заряда через слои. База похожа на дверь или затвор, управляющий током в транзисторе.

Термин «носители заряда» используется для обозначения электронов (-ve заряд) и дырок (+ve заряд) в случае npn и pnp соответственно. Концептуально дырки — это не что иное, как отсутствие электронов.

Токи в транзисторе – NPN и PNP

Стрелка в символе транзистора определяет протекание тока эмиттера и условное направление тока.

Эмиттер имеет прямое смещение относительно базы для испускания или подачи большого количества носителей заряда. Коллектор обратного смещения w.r.t. база для сбора носителей заряда, испускаемых эмиттером. Прямое или обратное смещение соответствующей области транзистора зависит от приложения, в котором будет использоваться транзистор. Эмиттер сильно легирован, поэтому для перемещения носителей заряда от эмиттера к базе требуется очень небольшое давление (напряжение). Согласно диодной аналогии транзистора, часть эмиттер-база эквивалентна диоду. Прямое напряжение диода составляет около 0,6 В. Следовательно, требуется небольшое количество напряжения для прямого смещения эмиттера по сравнению с выходным напряжением. база. Коллектор легирован легче, чем эмиттер, поэтому к коллектору прикладывается большее напряжение, чем к эмиттеру.

Что такое предвзятость?
В электронике смещение представляет собой постоянное напряжение или ток постоянного тока. При смещении постоянное напряжение постоянного тока намеренно подается между двумя клеммами для управления электронным устройством. Например. Напряжение смещения около 0,6 В включит транзистор.

Работа npn-транзистора

Эмиттер прямого смещения испускает электроны на базу. Эти электроны составляют эмиттерный ток ( I _E ). Очень немногие электроны из эмиттера соединяются с дырками в базе, которые создают базовый ток ( I _B ). Остальные электроны легко проходят слабо легированную базовую область и создают ток коллектора ( I _C ). Таким образом, можно сказать, что в коллекторной части протекает примерно полный эмиттерный ток. В npn эмиттер и база имеют n-тип и p-тип соответственно. Следовательно, электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.

Работа транзистора pnp

Транзистор pnp работает очень похоже на транзистор npn. В случае pnp единственное различие связано с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями. Следовательно, эмиттер излучает дырки, проводимость тока в pnp осуществляется дырками, а во внешнем проводящем пути, подобно проводам, ток осуществляется электронами. В pnp-транзисторе отрицательное базовое напряжение управляет током эмиттер-коллектор.

With this discussion we can mathematically define emitter current with Kirchhoff’s current law as,

I _E = I _B + I _C
Since I _B is very small ; и измерьте в мкА,
I _E ≈ I _C

 

Этого достаточно для первого поста на Как работает транзистор . О транзисторах можно еще много говорить. Это только начало. Надеюсь, теперь вы знакомы со словом транзистор. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим следующим постом для более подробного объяснения работы транзистора.

Центр творческой науки — доктор Джонатан П. Хэйр

Центр творческой науки — доктор Джонатан П. Хэйр Примечание: для получения подробной информации о беседах и семинарах по этой теме нажмите здесь:
беседы и семинары

Резюме
Описана простая демонстрация, показывающая, как работает транзистор. Включая аудиторию в реальную схему и зажигая светодиоды, мы показываем потенциал простого транзисторного усилителя. Также описано расширение до двух транзисторов — пара Дарлингтона.

Примечание: опубликована эта статья: Демонстрация чудесного усиливающего действия транзистора
JP Hare, IOP Press, Journal of Physics Education, март 2004 г., стр. 128-131 (воспроизведено здесь с разрешения IOP)

Введение
В 1956 году Нобелевская премия по физике была присуждена Шокли, Бардину и Браттейну за изобретение транзистора. В 2000 году Алферов, Кремер и Килби были удостоены Нобелевской премии за «основные работы в области информационных и коммуникационных технологий» и разработку интегральной схемы — все работы, которые были бы невозможны без скромного транзистора.

Транзистор сделал возможным современную революцию в телекоммуникациях. Однако с течением времени сам транзистор стал почти невидимым в нашем высокотехнологичном обществе, и это вездесущее изобретение становится недооцененным и даже неправильно понятым. Я считаю важным, чтобы люди имели представление о том, что такое транзистор, как он работает и на что он способен, и показать, что это замечательное устройство можно понять с точки зрения относительно простой физики.

Транзистор
Транзистор — это электронное устройство, которое преобразует небольшие электрические токи (и напряжения) в более крупные копии оригинала — это то, что называется усилителем и, как говорят, имеет «усиление» (усиление). Транзистор имеет три проводных соединения, называемых; эмиттер (E), база (B) и коллектор (C), см. рис. 1. Соединив устройство с другими простыми компонентами, можно легко построить усилитель. Типичный транзистор имеет коэффициент усиления ок. 100 раз.

Физическая теория, описывающая транзистор, сложна и предполагает понимание движения электронов (и отсутствия электронов — дырок) в полупроводниковых материалах, легированных P и/или N. Читаемые отчеты о теории можно найти в различных источниках (см. Справочный раздел ниже). Далее следует не подробное изложение теории, а простой набор экспериментов, демонстрирующих работу транзистора.

Как это работает
Диод представляет собой двухпроводной электронный компонент, который проводит электричество только при правильном подключении, то есть при правильном приложении потенциалов. Он состоит из полупроводникового перехода P и N. Транзистор представляет собой трехпроводной компонент, состоящий из сэндвича из переходов PNP или NPN. Электрически это выглядит так, как если бы транзистор состоял из двух диодов, соединенных встречно-параллельно, см. рис. 1. Общая средняя область (база — B) транзистора намного тоньше, чем две другие области.

Поскольку диоды расположены напротив друг друга, ток обычно не протекает, когда между эмиттером и коллектором подается напряжение (хотя может быть небольшой ток утечки). Если к BE (B положительный и E отрицательный для транзистора NPN) приложено напряжение, этот переход будет смещен в прямом направлении, поэтому в этой цепи будет протекать ток. Однако из-за того, что базовая область очень тонкая (а также потому, что при правильном подключении коллектор находится под высоким потенциалом и, таким образом, притягивает электроны), целых 99% этого тока на самом деле будет течь прямо через область базы, чтобы достичь коллектора (C). Таким образом, мы фактически сделали цепь EC транзистора проводящей, подав ток на B (установленный небольшим напряжением на BC).

Теперь ток, протекающий от эмиттера, должен быть равен сумме i) 99%, поступающих на коллектор, и ii) 1%, протекающего через базу. Таким образом, базовый ток невелик, всего 1% или около того. Но, как мы видели, ток коллектора не может существовать без небольшого тока базы, и поэтому он эффективно контролирует ток коллектора. Этот ток коллектора является увеличенной копией сигнала базы, поэтому мы видим, что транзистор дает усиление по току! Прирост тока 100-200 типичен для транзистора. Обычно EC-часть схемы используется как выход, а база — как вход усилителя.

Цепь EB имеет низкое напряжение и малый ток, в то время как EC имеет гораздо более высокий потенциал и более высокий ток. Поскольку мощность = напряжение x ток, мы должны иметь более высокую мощность в EC, и поэтому с такой простой схемой возможен прирост мощности. Конечно, транзистор не усиливает этот небольшой базовый сигнал «волшебным образом», дополнительная мощность получается от источника питания, управляющего схемой транзистора. Транзистор нуждается в батарее или другом источнике питания, чтобы творить «волшебство».

Эксперимент 1 — простая последовательная схема
Соедините последовательно батарею 9 В, светодиод и резистор 560 Ом, как показано на рис. 2. Светодиод должен загореться при правильном подключении (поменяйте местами светодиоды, если ничего не происходит). Для освещения светодиоду требуется около 3 В при 10 мА, и этого можно добиться, вставив в цепь резистор соответствующего размера:

R = В / I = (9 — 3) В/0,01 А = 600 Ом
( Примечание: на самом деле мы используем резистор 560 Ом в этих экспериментах, так как это легко получить «предпочтительное значение», которое достаточно близко к работе)

Эксперимент 2 — простая последовательная схема, которая не работает!
Пожалуйста, прочитайте примечание (1), прежде чем продолжить этот эксперимент.
Теперь отсоедините провод от положительной клеммы аккумулятора. Поместите палец одной руки на положительную клемму батареи 9 В, а палец другой руки соедините со свободным проводом. Теперь у нас есть последовательная цепь, как и раньше, но с включенным добавочным сопротивлением корпуса. Сопротивление тела является сложным и будет зависеть от приложенного напряжения и, что наиболее важно, от контактного сопротивления между кожей и проводными соединениями (см. примечание (2) ниже). Тело может иметь широкий диапазон сопротивления от 10 000 до 1 000 000 Ом. Ради аргумента скажем, что 50 000 Ом = 50 кОм.

Теперь мы получаем:

I = V / R = (9 — 3) / 50 000 = 0,0001 А = около 0,1 мА

который мы видим, составляет около 1/100 тока, необходимого для зажигания светодиода (около 10 мА), и поэтому неудивительно, что ничего не происходит!

Эксперимент 3 — Транзисторный усилитель
Мы слышали, что транзистор может усиливать примерно в 100 раз, поэтому мы можем использовать это свойство для усиления сигнала от небольшого тока, протекающего через тело, чтобы он мог зажечь светодиод.

Аккуратно подключите простую транзисторную схему, показанную на рис. 3. Когда один палец одной руки помещается на положительную клемму батареи, а другой палец другой руки соединяется с базой транзистора, возникает небольшой ток (величиной, мы только что подсчитали — около 0,1 мА) поступает в цепь ВЕ транзистора. Из-за коэффициента усиления транзистора это создает ток CE (где подключен светодиод) примерно в 100 раз больше:

0,0001 х 100 = 0,01А = 10мА и так горит светодиод!!

Эксперимент 4 — Пара Дарлингтона
Итак, что произойдет, если у нас есть два транзистора в каскаде (один питает другой)? Это действительно возможно и называется парой Дарлингтона, см. рис. 4. Опросите студентов/учеников, какой, по их мнению, будет общий выигрыш от такой системы. Например, будет ли это 2 х 100 = 200 или 100 х 100 = 10 000 раз (см. примечание 4). Попробуйте заставить весь класс сформировать человеческую цепочку, взявшись за руки, с одной рукой от первого и одной рукой от последнего человека, чтобы установить связь между положительными 9Соединение батареи V и основание пары Дарлингтона (см. примечание 4 ниже).

Резюме
Я нашел эту небольшую демонстрацию наиболее эффективным способом демонстрации работы транзистора. Пожалуйста, убедитесь, что студенты/ученики понимают, что из соображений безопасности эксперименты должны проводиться только с использованием батареек (см. примечание (1) ниже). В этих очень простых экспериментах мы использовали транзистор в качестве усилителя. Чтобы усилить более тонко меняющиеся сигналы (а не те, которые просто включаются или выключаются), такие как аудио или радио, нам нужно «сместить» транзистор, чтобы могло иметь место линейное усиление (с меньшими искажениями). Эти следующие важные шаги здесь не рассматриваются, но подробности можно найти в рекомендуемых материалах для чтения в справочном разделе в конце этой статьи.

Компоненты и детали
1) 2 транзистора NPN: большинство транзисторов NPN будут работать, например. BC109C
2) 1 светодиод; подойдет любой светоизлучающий диод LED
3) Батарея PP3 9V
4) Резистор 560 Ом (любая мощность)
5) 100 кОм (см. Примечание (4))
6) провод для соединений (пригодятся крокодилы)

Благодарности
Я хотел бы поблагодарить многих студентов и учеников, которые помогли в этих демонстрациях, и, в частности, я хотел бы посвятить эту статью памяти Яна Миринга, который работал в школе Ангмеринг (Западный Суссекс). Я также хотел бы поблагодарить NESTA (Национальный фонд науки, технологий и искусства) за поддержку.

Ссылки и веб-сайты:
1) По физике транзистора см. следующие хорошие книги:

Essential Theory for the Electronics Hobbyist , GT Rubaroe, 1988. ISBN 0 2 69 4
From Atoms to Amperes , F. A. Wilson, ISBN 0 195934 2
Квантовая физика , Р. Эйсберг и Р. Резник, 1985. ISBN 0 471 87373 X

2) информацию о Нобелевской премии по физике 1956 года: «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта» см. на веб-сайте:
Нобелевская премия 1956 г.

информацию о Нобелевской премии по физике 2000 г.: «за фундаментальную работу в области информационных и коммуникационных технологий» см. на веб-сайте:
Нобелевская премия 2000 г.

3) подробнее о CSC Xmas LED W/S см.: Рождественский светодиод W/S

Примечания
1) Поскольку в этих экспериментах используется человеческое тело, необходимо учитывать опасность поражения электрическим током. С батареей 9V PP3 эти эксперименты полностью безопасны. Эти эксперименты должны проводиться только с батареями. Ни в коем случае не следует использовать источник питания от сети или «выпрямитель батареи».

2) Тело человека не похоже на стандартный резистор. Наиболее важным является сопротивление контакта с кожей, и это будет зависеть от присутствующей влаги (например, сладкого и т. д.). Если ваша аудитория особенно «прохладна» (или, возможно, это не очень влажный день), то контактное сопротивление можно уменьшить (и улучшить этот эксперимент), слегка смочив пальцы (водопроводной водой или слюной).

3) Уже несколько лет я провожу мастер-классы по рождественским светодиодам для маленьких детей. Идея состоит в том, чтобы научить их компонентам, последовательным и параллельным цепям, подключению светодиодов и т. д. Мы подключаем от 4 до 6 светодиодов, а дети украшают самодельные открытки и новогодние елки! Демонстрация транзистора началась как часть этого семинара.